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传统的光学仪器照明光学系统设计是借助通用的成像光学设计软件,把光源视为物面成像并通过相应的相差分析手段来评价照明光学系统的优劣,随着科技发展与实际的需求,国外出现了专用的照明系统设计软件。但我国在照明设计理论和照明设计软件开发等方面相对国外都比较落后。为此,本文首先就对照明光学系统中光线追迹与照度理论进行分析与完善,然后根据该理论设计出一套比较完整的光学仪器照明设计CAD软件,弥补国内在此方面上的不足。本文所做的工作主要有以下几个方面: 1、推导和论述了光线追迹中三种光线追迹理论,分析了各种理论的优缺点,并详细论述了矢量法光线追迹理论。该部分还对椭球反光面的光线追迹理论进行了推导。 2、由于光源发出的光子的初始位置和方向具有一定的随机性和均匀性,因此精确模拟必须体现该随机性。本论文中采用了国外同类软件中使用的Monte Carlo法,就该方法的原理、随机数的产生和检验进行了论述。提出了Monte Carlo法的不足,给出了改善的办法,并首次在照明设计中引用了线性同余组合发生器,大大提高了随机数的独立性和均匀性。最后运用Monte Carlo法进行了点光源、线光源、面光源和LED光源模型的建立。 3、根据相应理论编写了光学仪器照明设计CAD软件,对该软件的总体设计思想、主要模块、使用流程等方面进行了分析和介绍。然后搭建一环行透镜照明系统实验平台,验证了该软件的可行性和准确性。最后还运用该软件成功的对一照明光路进行了分析与计算,表明了该软件具有很好的实用性。 4、为了进一步提高设计速度和质量,快速地将照明光路的参数转化为工程图和三维立体图,本文还分别运用二维辅助设计软件 CAXA、三维辅助设计软件SolidWorks进行二次开发建立光学镜头光学结构件图库,大大提高了设计速度。基于CAXA的光学镜头光学结构件图库的建立在国内还是首见,该软件还对其它产品的专用CAD系统的开发也具有一定的参考价值。 最后总结了全文的工作,并对光学仪器照明设计CAD软件和光学镜头光学结构件库的二次开发软件的进一步开发和完善进行了展望。